Badacze z Penn Stateopracowali monolityczny chip 3D, który działa całkowicie przy świetle otoczenia bez użycia baterii. Układ scalony jest w stanie wykonywać obliczenia i wykrywać substancje chemiczne przy jednoczesnym wykorzystaniu energii słonecznej, minimalizując potrzebę częstych wymian baterii w odległych lokalizacjach.
Układ ma konstrukcję łączącą krzemowe ogniwa fotowoltaiczne, komplementarną logikę MoS₂/WSe₂ i grafenowe czujniki chemiczne w odległości około 50 nanometrów od siebie. To kompaktowe rozwiązanie zmniejsza wymagania dotyczące powierzchni płytki, straty w okablowaniu i opóźnienia związane z tradycyjnymi systemami zasilanymi bateryjnie.
Inżynierowie coraz częściej poszukują elektroniki bezbateryjnej, która wykorzystuje energię odnawialną, aby sprostać wymaganiom długotrwałego Internetu rzeczy (IoT) i systemów przetwarzania brzegowego. Saptarshi Das, jeden z autorów badania, stwierdził: „Wykazaliśmy, że heterogeniczne materiały — krzem, grafen, MoS₂ i WSe₂ — można zintegrować monolitycznie w trzech wymiarach, tworząc samozasilający się system wykrywania i obliczeń”.
Czujniki grafenowe wykrywają ciecze i wysyłają sygnały elektryczne do warstwy logicznej, gdzie przetwarzane są dane. Znajdujący się na dole krzemowy moduł fotowoltaiczny przekształca światło otoczenia w energię elektryczną, która zasila urządzenie. Podejście to znacząco pomija elementy tradycyjnej architektury urządzeń.
Opracowanie to nie tylko demonstruje możliwości kompaktowego, niewymagającego baterii chipa, ale także otwiera drzwi dla większych obwodów 2D, które mogłyby uwzględniać podobne zasady projektowania. Przyszłe zastosowania mogą koncentrować się na zasilaniu systemów IoT w lokalizacjach, w których dostęp do baterii w celu konserwacji jest trudny.
